JP2653410B2 - スターカプラ及び光通信ネットワーク - Google Patents
スターカプラ及び光通信ネットワークInfo
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- JP2653410B2 JP2653410B2 JP3158614A JP15861491A JP2653410B2 JP 2653410 B2 JP2653410 B2 JP 2653410B2 JP 3158614 A JP3158614 A JP 3158614A JP 15861491 A JP15861491 A JP 15861491A JP 2653410 B2 JP2653410 B2 JP 2653410B2
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- optical
- star coupler
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、相互接続して利用でき
るスターカプラ及びそれを用いて構成した光通信ネット
ワークに関する。
るスターカプラ及びそれを用いて構成した光通信ネット
ワークに関する。
【0002】
【従来の技術】ローカルエリアネットワーク(LAN)
は、比較的近距離に配置されたコンピュータ,ワークス
テーション等の間でのデータ通信網として近年とみに普
及してきているが、その一つとしてゼロックス社の開発
した「イーサネット (登録商標) 」と呼ばれるものがあ
る。
は、比較的近距離に配置されたコンピュータ,ワークス
テーション等の間でのデータ通信網として近年とみに普
及してきているが、その一つとしてゼロックス社の開発
した「イーサネット (登録商標) 」と呼ばれるものがあ
る。
【0003】図30はイーサネットのネットワークを示
す図である。図30において20は同軸ケーブル、21
はタップ(分岐点)、22はノード(端末,局)であ
る。
す図である。図30において20は同軸ケーブル、21
はタップ(分岐点)、22はノード(端末,局)であ
る。
【0004】各ノード22は、タップ21にて同軸ケー
ブル20へ接続されている。接続したいノード22が増
えてきたときには新たにタップ21を設け、それに新た
なノード22を接続する。
ブル20へ接続されている。接続したいノード22が増
えてきたときには新たにタップ21を設け、それに新た
なノード22を接続する。
【0005】一方、近年光ファイバを伝送媒体として用
いる光通信の発展が著しい。光ファイバの持つ、広帯
域,低損失,高耐ノイズ性といった優れた特性はLAN
にも適している。しかしながら、光ファイバでは同軸ケ
ーブルのように次々とタップを設けるということができ
ないので、イーサネットと同じようなネットワークを構
成することは困難である。
いる光通信の発展が著しい。光ファイバの持つ、広帯
域,低損失,高耐ノイズ性といった優れた特性はLAN
にも適している。しかしながら、光ファイバでは同軸ケ
ーブルのように次々とタップを設けるということができ
ないので、イーサネットと同じようなネットワークを構
成することは困難である。
【0006】そこで、ノードの送信と受信とを別々の端
子に分け、全てのノードをスターカプラで分配するよう
に構成したネットワークが提案されている。たとえば、
E.G.Rawson,IEEE Transacti
on on Communications, VO
L,COM−26, NO.7,July 1978,
“Fibernet:Multimode Optic
al Fibers for Local Compu
ter Networks”等参照。
子に分け、全てのノードをスターカプラで分配するよう
に構成したネットワークが提案されている。たとえば、
E.G.Rawson,IEEE Transacti
on on Communications, VO
L,COM−26, NO.7,July 1978,
“Fibernet:Multimode Optic
al Fibers for Local Compu
ter Networks”等参照。
【0007】図31に、スターカプラを用いた光通信ネ
ットワークの上記提案例を示す。図31において、23
a,23bは光ファイバ、22はノード、24はミキシ
ングロッド形式のスターカプラ、25は端子である。
ットワークの上記提案例を示す。図31において、23
a,23bは光ファイバ、22はノード、24はミキシ
ングロッド形式のスターカプラ、25は端子である。
【0008】各ノード22からの信号は、各発光素子2
2aにより光信号に変換され、各光ファイバ23aを介
してスターカプラ24に供給される。これらの光信号
は、スターカプラ24によって一度全て混ぜ合わされた
後、各光ファイバ23bを介して各受光素子22bに分
配されて再度電気信号に変換され、これらの電気信号が
各ノード22に供給される。これによって、一つのノー
ドから送信された信号は全てのノードに伝達されるとい
う性質(同報性)を具備することが可能となり、イーサ
ネットと同様の通信ネットワークを構築することができ
る。
2aにより光信号に変換され、各光ファイバ23aを介
してスターカプラ24に供給される。これらの光信号
は、スターカプラ24によって一度全て混ぜ合わされた
後、各光ファイバ23bを介して各受光素子22bに分
配されて再度電気信号に変換され、これらの電気信号が
各ノード22に供給される。これによって、一つのノー
ドから送信された信号は全てのノードに伝達されるとい
う性質(同報性)を具備することが可能となり、イーサ
ネットと同様の通信ネットワークを構築することができ
る。
【0009】実際のスターカプラは、図32に示すよう
に、ガラス基板上に光導波路を形成して構成したもの等
が報告されている。たとえば、和田,奥田,山崎,昭和
60年度電子通信学会全国大会,963参照。図32に
おいて、23は光ファイバ、25は端子、26はミキシ
ング部、27は導波路、28はガラス基板である。導波
路27及びミキシング部28は、ガラス基板28へのタ
リウム(Tl)イオン等の拡散によって形成されてい
る。
に、ガラス基板上に光導波路を形成して構成したもの等
が報告されている。たとえば、和田,奥田,山崎,昭和
60年度電子通信学会全国大会,963参照。図32に
おいて、23は光ファイバ、25は端子、26はミキシ
ング部、27は導波路、28はガラス基板である。導波
路27及びミキシング部28は、ガラス基板28へのタ
リウム(Tl)イオン等の拡散によって形成されてい
る。
【0010】また、同様の機能を有するものが、ポリカ
ーボネート等のプラスチック基板上に、上記ガラス基板
上に形成されたスターカプラとは異なる製法で実現され
た例もある。たとえば、高戸,黒川「高分子材料におけ
る光導波路作成技術」,Oplus E,1984年1
1月,p78〜83参照。
ーボネート等のプラスチック基板上に、上記ガラス基板
上に形成されたスターカプラとは異なる製法で実現され
た例もある。たとえば、高戸,黒川「高分子材料におけ
る光導波路作成技術」,Oplus E,1984年1
1月,p78〜83参照。
【0011】ところが、このようなスターカプラを用い
た光通信ネットワークは、ネットワークを拡張するため
ネットワークを増設しようとしても、スターカプラが具
備する端子数までしか増設できないという欠点があっ
た。
た光通信ネットワークは、ネットワークを拡張するため
ネットワークを増設しようとしても、スターカプラが具
備する端子数までしか増設できないという欠点があっ
た。
【0012】これは、本出願人により出願された特願平
2−98370号明細書にも記載されているように、ス
ターカプラ同志を接続すると伝送路内に閉ループが形成
されてしまい、発振や減衰振動のような現象が生じてし
まうためである。
2−98370号明細書にも記載されているように、ス
ターカプラ同志を接続すると伝送路内に閉ループが形成
されてしまい、発振や減衰振動のような現象が生じてし
まうためである。
【0013】たとえば、図33に示すように、一方のス
ターカプラAが三つの入出力端子対5−6、7−8、9
−10を有し、他方のスターカプラBが三つの入出力端
子対11−12、13−14、15−16を有している
場合、スターカプラ同志を接続するためには、一方のス
ターカプラの入力端子10,11を他方のスターカプラ
の出力端子12,9にそれぞれ接続する必要があるた
め、同図に示すようにクロスして接続しなければならな
い。なお、図中のXk ,xn は入力端子10,11への
入力信号、Yk ,yn は出力端子9,12からの出力信
号である。一方のスターカプラAの入力端子10へ供給
された入力信号はXk は、入力端子10から出力端子9
への伝達係数Akkで決定されるレベルに変更されて出力
端子9から出力信号Yk として出力される。この出力信
号Yk は、他方のスターカプラBの入力端子11へ入力
信号xn として供給される。スターカプラBにおいても
スターカプラAと同様に、入力信号はxn は、入力端子
11から出力端子12への伝達係数Bnnで決定されるレ
ベルに変更されて出力端子12から出力信号yn として
出力される。この出力信号yn は、一方のスターカプラ
Aの入力端子10へ入力信号Xk として供給される。こ
のため、実効的に図34に示すような閉ループが形成さ
れてしまい、信号が循環してしまうことになり、発振等
の不都合を生じる。
ターカプラAが三つの入出力端子対5−6、7−8、9
−10を有し、他方のスターカプラBが三つの入出力端
子対11−12、13−14、15−16を有している
場合、スターカプラ同志を接続するためには、一方のス
ターカプラの入力端子10,11を他方のスターカプラ
の出力端子12,9にそれぞれ接続する必要があるた
め、同図に示すようにクロスして接続しなければならな
い。なお、図中のXk ,xn は入力端子10,11への
入力信号、Yk ,yn は出力端子9,12からの出力信
号である。一方のスターカプラAの入力端子10へ供給
された入力信号はXk は、入力端子10から出力端子9
への伝達係数Akkで決定されるレベルに変更されて出力
端子9から出力信号Yk として出力される。この出力信
号Yk は、他方のスターカプラBの入力端子11へ入力
信号xn として供給される。スターカプラBにおいても
スターカプラAと同様に、入力信号はxn は、入力端子
11から出力端子12への伝達係数Bnnで決定されるレ
ベルに変更されて出力端子12から出力信号yn として
出力される。この出力信号yn は、一方のスターカプラ
Aの入力端子10へ入力信号Xk として供給される。こ
のため、実効的に図34に示すような閉ループが形成さ
れてしまい、信号が循環してしまうことになり、発振等
の不都合を生じる。
【0014】このような問題を解決するためには、先に
述べた特願平2−98370号明細書に記載されている
ように、スターカプラの同一のノードに接続されるべく
対を成している入力端子と出力端子との間の伝達係数を
0とするような構成とすればよい。このようにすれば、
ネットワークを規模を拡張するためにスターカプラを次
々と接続していくことが可能となる。なお、スターカプ
ラの同一ノードへ接続されるべく対を成している入力端
子と出力端子との間の伝達係数をゼロとしたスターカプ
ラのことを、以下、相互接続可能なスターカプラと呼
ぶ。また、このようにして構成したネットワークに接続
された二つのノード間では、双方向通信が可能であり、
更に、この双方向性を利用して容易に衝突検出ができ
る。
述べた特願平2−98370号明細書に記載されている
ように、スターカプラの同一のノードに接続されるべく
対を成している入力端子と出力端子との間の伝達係数を
0とするような構成とすればよい。このようにすれば、
ネットワークを規模を拡張するためにスターカプラを次
々と接続していくことが可能となる。なお、スターカプ
ラの同一ノードへ接続されるべく対を成している入力端
子と出力端子との間の伝達係数をゼロとしたスターカプ
ラのことを、以下、相互接続可能なスターカプラと呼
ぶ。また、このようにして構成したネットワークに接続
された二つのノード間では、双方向通信が可能であり、
更に、この双方向性を利用して容易に衝突検出ができ
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に提
案された前記スターカプラを用いた光通信ネットワーク
においては、送信用と受信用の2本の光ファイバを配設
する必要があり、イーサネットにおいては1本の同軸ケ
ーブルで送信と受信とを兼ねているのに比べて、ネット
ワーク構築に必要とされる光ファイバ,コネクタ,中継
増幅器の数が増えるという問題点があった。特にネット
ワークの経路が長いような場合、高価な光ファイバを2
本配設することは、設置コストの上昇を招くとともに、
光ファイバの取り扱いが困難になるという問題もあっ
た。
案された前記スターカプラを用いた光通信ネットワーク
においては、送信用と受信用の2本の光ファイバを配設
する必要があり、イーサネットにおいては1本の同軸ケ
ーブルで送信と受信とを兼ねているのに比べて、ネット
ワーク構築に必要とされる光ファイバ,コネクタ,中継
増幅器の数が増えるという問題点があった。特にネット
ワークの経路が長いような場合、高価な光ファイバを2
本配設することは、設置コストの上昇を招くとともに、
光ファイバの取り扱いが困難になるという問題もあっ
た。
【0016】本発明は、前記問題点を解決するために案
出されたものであって、容易にネットワークワークの拡
張を行なうことができ、光集積回路として容易に構成す
ることができるスターカプラーを提供することを目的と
する。また、本発明は、このスターカプラーを使用して
光通信ネットワークを構成することを目的とする。
出されたものであって、容易にネットワークワークの拡
張を行なうことができ、光集積回路として容易に構成す
ることができるスターカプラーを提供することを目的と
する。また、本発明は、このスターカプラーを使用して
光通信ネットワークを構成することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、四つ以上の複
数の端子を有し、光信号の入出力が同一の端子から行わ
れ、自端子への入力信号が該自端子からの出力信号とし
ては分配されず、且つ、前記自端子以外の他の全ての端
子には出力信号として分配される伝達特性を有するスタ
ーカプラにおいて、二つの不等分岐の方向性結合器から
光信号を分配すべくそれぞれ分岐した光導波路と一つの
等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべく分岐した
光導波路とを三角形状に接続した構成要素を複数備え、
該構成要素同士の接続によって前記伝達特性を実現した
ことを特徴とする。
数の端子を有し、光信号の入出力が同一の端子から行わ
れ、自端子への入力信号が該自端子からの出力信号とし
ては分配されず、且つ、前記自端子以外の他の全ての端
子には出力信号として分配される伝達特性を有するスタ
ーカプラにおいて、二つの不等分岐の方向性結合器から
光信号を分配すべくそれぞれ分岐した光導波路と一つの
等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべく分岐した
光導波路とを三角形状に接続した構成要素を複数備え、
該構成要素同士の接続によって前記伝達特性を実現した
ことを特徴とする。
【0018】また本発明は、四つ以上の複数の端子を有
し、光信号の入出力が同一の端子から行われ、自端子へ
の入力信号が該自端子からの出力信号としては分配され
ず、且つ、前記自端子以外の他の全ての端子には出力信
号として分配される伝達特性を有するスターカプラにお
いて、二つの不等分岐の方向性結合器から光信号を分配
すべくそれぞれ分岐した光導波路と一つの等分岐の方向
性結合器から光信号を分配すべく分岐した光導波路とを
三角形状に接続した第1の構成要素を複数備え、三つの
等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべくそれぞれ
分岐した光導波路を三角形状に接続した第2の構成要素
を少なくとも一つ備え、前記第1の構成と前記第2の構
成要素の接続によって前記伝達特性を実現したことを特
徴とする。
し、光信号の入出力が同一の端子から行われ、自端子へ
の入力信号が該自端子からの出力信号としては分配され
ず、且つ、前記自端子以外の他の全ての端子には出力信
号として分配される伝達特性を有するスターカプラにお
いて、二つの不等分岐の方向性結合器から光信号を分配
すべくそれぞれ分岐した光導波路と一つの等分岐の方向
性結合器から光信号を分配すべく分岐した光導波路とを
三角形状に接続した第1の構成要素を複数備え、三つの
等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべくそれぞれ
分岐した光導波路を三角形状に接続した第2の構成要素
を少なくとも一つ備え、前記第1の構成と前記第2の構
成要素の接続によって前記伝達特性を実現したことを特
徴とする。
【0019】また、本発明の光通信ネットワークは、四
つ以上の複数の端子を有し、光信号の入出力が同一の端
子から行われ、自端子への入力信号が該自端子からの出
力信号としては分配されず、且つ、前記自端子以外の他
の全ての端子には出力信号として分配される伝達特性を
有するスターカプラーを複数備えると共に、入力と出力
を兼用する第1の端子と第2の端子とを備え、前記第1
の端子への入力光信号は増幅されて前記第2の端子から
出力され、前記第2の端子への入力光信号は増幅されて
前記第1の端子から出力される双方向性中継増幅器を少
なくとも一つ備え、前記双方向性中継増幅器の第1の端
子は第1の前記スターカプラーの一端子に接続され、前
記双方向性中継増幅器の第2の端子は第2の前記スター
カプラーの一端子に接続されたことを特徴とする。
つ以上の複数の端子を有し、光信号の入出力が同一の端
子から行われ、自端子への入力信号が該自端子からの出
力信号としては分配されず、且つ、前記自端子以外の他
の全ての端子には出力信号として分配される伝達特性を
有するスターカプラーを複数備えると共に、入力と出力
を兼用する第1の端子と第2の端子とを備え、前記第1
の端子への入力光信号は増幅されて前記第2の端子から
出力され、前記第2の端子への入力光信号は増幅されて
前記第1の端子から出力される双方向性中継増幅器を少
なくとも一つ備え、前記双方向性中継増幅器の第1の端
子は第1の前記スターカプラーの一端子に接続され、前
記双方向性中継増幅器の第2の端子は第2の前記スター
カプラーの一端子に接続されたことを特徴とする。
【0020】
【作用】本発明の作用を具体的に例を挙げて説明する。
【0021】本発明に基づくスターカプラを構成する要
素は、一つのノードと一つの端子を結ぶ構成になってお
り、この構成要素を模式的に表すと図1のようになる。
素は、一つのノードと一つの端子を結ぶ構成になってお
り、この構成要素を模式的に表すと図1のようになる。
【0022】スターカプラ1は、N個の端子x1,x2,・
・・, xN を有する。この各端子への入力信号をv1,v
2,・・・, vN と表し、出力信号をw1,w2,・・・, w
N と表すと、このスターカプラの信号の伝達特性は、行
列表現により下式のように与えられる。
・・, xN を有する。この各端子への入力信号をv1,v
2,・・・, vN と表し、出力信号をw1,w2,・・・, w
N と表すと、このスターカプラの信号の伝達特性は、行
列表現により下式のように与えられる。
【0023】
【数1】
【0024】本発明においては、自端子からの入力は自
端子からの出力としては配分されず、他の全ての端子に
は配分されるのであるから、上式の対角成分が全て0で
あり、且つ、それ以外の全ての成分は0でないことにな
る。したがって、上記(1)式の行列の各成分は次のよ
うに表現できる。
端子からの出力としては配分されず、他の全ての端子に
は配分されるのであるから、上式の対角成分が全て0で
あり、且つ、それ以外の全ての成分は0でないことにな
る。したがって、上記(1)式の行列の各成分は次のよ
うに表現できる。
【0025】
【数2】
【0026】但し、NはN≧3となる整数、iはi≦N
の自然数、jはj≦Nとなる自然数
の自然数、jはj≦Nとなる自然数
【0027】なお、デルタ関数とは、次の(3)式に示
すように、iとjが等しいときは1、iとjが等しくな
いときは0となる関数である。
すように、iとjが等しいときは1、iとjが等しくな
いときは0となる関数である。
【0028】
【数3】
【0029】なお、実際にスターカプラを製作する場合
においては、(1)式の対角成分を全く0とすることは
できず、幾らかの光が戻ってきてしまうことは避けられ
ない。これは、電子回路におけるノイズを完全に無くす
ことができないことと同様である。本発明において、自
端子への入力信号が自端子からの出力信号として分配さ
れないというのはあくまでも原理的な定義であり、自端
子からの信号が自端子へ戻ってくるような場合でも、そ
れらを何らかの目的で積極的に利用するというような場
合を除き、少量の戻り光のあるスターカプラであっても
本発明の範囲に入ることは言うまでもない。
においては、(1)式の対角成分を全く0とすることは
できず、幾らかの光が戻ってきてしまうことは避けられ
ない。これは、電子回路におけるノイズを完全に無くす
ことができないことと同様である。本発明において、自
端子への入力信号が自端子からの出力信号として分配さ
れないというのはあくまでも原理的な定義であり、自端
子からの信号が自端子へ戻ってくるような場合でも、そ
れらを何らかの目的で積極的に利用するというような場
合を除き、少量の戻り光のあるスターカプラであっても
本発明の範囲に入ることは言うまでもない。
【0030】上記のような構成のスターカプラによれ
ば、送信線と受信線を1本の光ファイバで兼用させるこ
とができ、ノードとスターカプラを1本の光ファイバに
よって接続することができる。また、ネットワークの規
模を大きくするためにスターカプラ同志を接続しても、
一方のスターカプラから他方のスターカプラへ送った信
号が還流してくることはないので、スターカプラ同志の
1端子を接続してネットワークを拡張することができ
る。また、このネットワークに接続している二つのノー
ド間で双方向通信を行うことが可能であり、更に、この
双方向性を利用して容易に衝突検出ができる。
ば、送信線と受信線を1本の光ファイバで兼用させるこ
とができ、ノードとスターカプラを1本の光ファイバに
よって接続することができる。また、ネットワークの規
模を大きくするためにスターカプラ同志を接続しても、
一方のスターカプラから他方のスターカプラへ送った信
号が還流してくることはないので、スターカプラ同志の
1端子を接続してネットワークを拡張することができ
る。また、このネットワークに接続している二つのノー
ド間で双方向通信を行うことが可能であり、更に、この
双方向性を利用して容易に衝突検出ができる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
【0032】図2は、具体的なスターカプラの一実施例
を示す。3個の光分波/合波器2が三角状に接続されて
おり、各光分波/合波器2から端子x1,x2,x3 がそれ
ぞれ導出されている。各光分波/合波器2は、図3に示
すような構成を有しており、幅d0 の一つの導波路2a
を二つの導波路2b,2cに分岐したものである。分岐
した後の導波路2b,2cの幅d1 及びd2 が等しけれ
ば1:1の分岐比となり、d1 >d2 であればd1 によ
り多くの光が分岐していく。分岐比は、この導波路の比
率に略等しくなる。
を示す。3個の光分波/合波器2が三角状に接続されて
おり、各光分波/合波器2から端子x1,x2,x3 がそれ
ぞれ導出されている。各光分波/合波器2は、図3に示
すような構成を有しており、幅d0 の一つの導波路2a
を二つの導波路2b,2cに分岐したものである。分岐
した後の導波路2b,2cの幅d1 及びd2 が等しけれ
ば1:1の分岐比となり、d1 >d2 であればd1 によ
り多くの光が分岐していく。分岐比は、この導波路の比
率に略等しくなる。
【0033】図2に示す実施例においては、各光分波/
合波器2の分岐比は1:1に設定されており、一つの端
子への入力信号は他の二つの端子に半分ずつ分割されて
出力される。また、自端子へは実質的に戻ってこない。
したがって、三つの端子x1,x2,x3 における入力信号
v1,v2,v3 と出力信号w1,w2,w3 との関係式は
(4)式のように示される。
合波器2の分岐比は1:1に設定されており、一つの端
子への入力信号は他の二つの端子に半分ずつ分割されて
出力される。また、自端子へは実質的に戻ってこない。
したがって、三つの端子x1,x2,x3 における入力信号
v1,v2,v3 と出力信号w1,w2,w3 との関係式は
(4)式のように示される。
【0034】
【数4】
【0035】なお、上記の光分波/合波器2は、たとえ
ば、山崎,奥田,「ガラス材料における作製技術」,O
plus E,1984年11月,p71〜78に開
示されているような技術を使用して作製することができ
る。
ば、山崎,奥田,「ガラス材料における作製技術」,O
plus E,1984年11月,p71〜78に開
示されているような技術を使用して作製することができ
る。
【0036】以上は、端子数Nが3の場合(N=3)の
実施例であったが、次に、更に多端子である6端子の場
合(N=6)の場合の実施例を図4に示す。
実施例であったが、次に、更に多端子である6端子の場
合(N=6)の場合の実施例を図4に示す。
【0037】図4に示す実施例の場合、分岐比4:1の
光分波/合波器3と、分岐比1:1の光分波/合波器4
を組み合わせることにより、端子x1 から入射したv1
なる信号は、端子x2 側へ(1/5)v1 だけ分岐し、
残りの(4/5)v1 が同図に示されるように更に分岐
していき、結局、x2,x3,x4,x5,x6 の各端子に(1
/5)v1 ずつ分配される。
光分波/合波器3と、分岐比1:1の光分波/合波器4
を組み合わせることにより、端子x1 から入射したv1
なる信号は、端子x2 側へ(1/5)v1 だけ分岐し、
残りの(4/5)v1 が同図に示されるように更に分岐
していき、結局、x2,x3,x4,x5,x6 の各端子に(1
/5)v1 ずつ分配される。
【0038】これは、x2,x3,x4,x5,x6 の各端子か
らの入力信号についても同様であり、これをまとめて行
列表現すると(5)式のようになる。
らの入力信号についても同様であり、これをまとめて行
列表現すると(5)式のようになる。
【0039】
【数5】
【0040】図5は、ポリカーボネート基板上に、図4
に示した6端子のスターカプラを構成した例を示す平面
図である。
に示した6端子のスターカプラを構成した例を示す平面
図である。
【0041】ポリカーボネートにアクリル酸メチルモノ
マーを含有させたものを基板とし、その上にマスクを重
ねて紫外線露光を行うと、紫外線の当たった部分のモノ
マーが反応して低屈折率部となり、紫外線の当たらなか
った部分が光導波路層となる。なお、この製法自体は、
公知のものである。たとえば、高戸,黒川「高分子材料
における光導波路作成技術」,O plus E,19
84年11月,p78〜83参照。
マーを含有させたものを基板とし、その上にマスクを重
ねて紫外線露光を行うと、紫外線の当たった部分のモノ
マーが反応して低屈折率部となり、紫外線の当たらなか
った部分が光導波路層となる。なお、この製法自体は、
公知のものである。たとえば、高戸,黒川「高分子材料
における光導波路作成技術」,O plus E,19
84年11月,p78〜83参照。
【0042】図5において、全体として六角形とされた
ポリカーボネート基板31上に、三つの半円状の光導波
路32が互いに円周を接した状態で形成されている。ま
た、二つの半円状の光導波路32の円周と接するように
三つの円弧状の光導波路35が形成されている。光導波
路32と光導波路35との接触点には4:1の分岐比を
有する光分波/合波器33が設けられている。この光分
波/合波路33は、図3に示す光分波/合波器2の共通
部分の導波路2aの幅d0 を適当な比の幅d1,d2 にし
たものである。また、各光導波路32の接触点には、合
波及び分波を行う光分岐路34が設けられている。この
光分岐路34は、図6に示すように2本の光導波路の一
部が共通となっており、たとえば、光成分36は、二つ
の光成分37, 38に分岐する。更に、各光導波路32
の端部には光ファイバ39(図5においては1本のみ示
す)の一端が接続されている。この光ファイバ39の他
端にはノード (図示せず) が接続される。なお、ノード
部分の詳細構造については後述する。
ポリカーボネート基板31上に、三つの半円状の光導波
路32が互いに円周を接した状態で形成されている。ま
た、二つの半円状の光導波路32の円周と接するように
三つの円弧状の光導波路35が形成されている。光導波
路32と光導波路35との接触点には4:1の分岐比を
有する光分波/合波器33が設けられている。この光分
波/合波路33は、図3に示す光分波/合波器2の共通
部分の導波路2aの幅d0 を適当な比の幅d1,d2 にし
たものである。また、各光導波路32の接触点には、合
波及び分波を行う光分岐路34が設けられている。この
光分岐路34は、図6に示すように2本の光導波路の一
部が共通となっており、たとえば、光成分36は、二つ
の光成分37, 38に分岐する。更に、各光導波路32
の端部には光ファイバ39(図5においては1本のみ示
す)の一端が接続されている。この光ファイバ39の他
端にはノード (図示せず) が接続される。なお、ノード
部分の詳細構造については後述する。
【0043】図5において、各光導波路32,35は、
6個の半径の等しい円が互いに外接している形状となっ
ているが、これは導波路には折り曲げ可能な最小半径が
あって、この最小半径より小さい半径で曲げると放射損
失が著しく増加するためである。なお、図3に示す光分
波/合波器の幅d1 とd2の関係に対応して、光導波路
35の幅は光導波路32より狭くなっている。
6個の半径の等しい円が互いに外接している形状となっ
ているが、これは導波路には折り曲げ可能な最小半径が
あって、この最小半径より小さい半径で曲げると放射損
失が著しく増加するためである。なお、図3に示す光分
波/合波器の幅d1 とd2の関係に対応して、光導波路
35の幅は光導波路32より狭くなっている。
【0044】図5の例においては、基板31をポリカー
ボネート基板としたが、ポリカーボネート基板からガラ
ス基板に変えて、光導波路をタリウム(Tl)イオン等
の拡散によって形成することもできる。この場合は、図
5に示される光分波/合波器33に相当する部分を、図
7に示すような方向性光結合器とする必要がある。これ
は、製法上の制約から、一つの基板上に異なる径の導波
路を形成するのが困難なためである。また、図5に示さ
れるスターカプラの光分波器33に相当する部分の分岐
比は、伝達特性における非対角成分を全て等しくするた
めに、2:1に設定されている。図7に示す方向性光結
合器においては、一方の光導波路33aから入射した光
成分40は、二つの光成分41, 42に分岐する。ま
た、他方の光導波路33bから入射した光成分43の一
部は、一方の光導波路33aに伝達されて光成分44と
なり、残りは損失光成分45となる。
ボネート基板としたが、ポリカーボネート基板からガラ
ス基板に変えて、光導波路をタリウム(Tl)イオン等
の拡散によって形成することもできる。この場合は、図
5に示される光分波/合波器33に相当する部分を、図
7に示すような方向性光結合器とする必要がある。これ
は、製法上の制約から、一つの基板上に異なる径の導波
路を形成するのが困難なためである。また、図5に示さ
れるスターカプラの光分波器33に相当する部分の分岐
比は、伝達特性における非対角成分を全て等しくするた
めに、2:1に設定されている。図7に示す方向性光結
合器においては、一方の光導波路33aから入射した光
成分40は、二つの光成分41, 42に分岐する。ま
た、他方の光導波路33bから入射した光成分43の一
部は、一方の光導波路33aに伝達されて光成分44と
なり、残りは損失光成分45となる。
【0045】この場合の伝達特性は、(6)式で表され
る。
る。
【0046】
【数6】
【0047】(6)式においては、(5)式に比べて分
配時に生じる損失が多いのは、図7に表されるような損
失光成分45があるためである。なお、光分波器33に
相当する部分の分岐比が2:1でない場合には、非対角
成分を全て等しい値、すなわち、1/9 にすることはでき
ない。
配時に生じる損失が多いのは、図7に表されるような損
失光成分45があるためである。なお、光分波器33に
相当する部分の分岐比が2:1でない場合には、非対角
成分を全て等しい値、すなわち、1/9 にすることはでき
ない。
【0048】このように見ると、ガラス基板上に図5の
ようなスターカプラを構成することに利点はないように
思われる。しかし、先に述べたポリカーボネート基板上
に形成された光導波路においては、製造工程に起因する
構造上の問題から、分岐部分で−35dB程度の戻り光
が発生するのに対し、ガラス基板上に光導波路を形成し
た場合には、戻り光が−50dB程度と大幅に減少する
という利点がある。また、図3に示したような光分岐路
は、マルチモード光導波器には適用できるがシングルモ
ード光導波器には適用困難であるという欠点を有する。
これに対して、図7に示した構成は、シングルモードの
光導波路に対して適用するのに支障がないという利点を
有する。
ようなスターカプラを構成することに利点はないように
思われる。しかし、先に述べたポリカーボネート基板上
に形成された光導波路においては、製造工程に起因する
構造上の問題から、分岐部分で−35dB程度の戻り光
が発生するのに対し、ガラス基板上に光導波路を形成し
た場合には、戻り光が−50dB程度と大幅に減少する
という利点がある。また、図3に示したような光分岐路
は、マルチモード光導波器には適用できるがシングルモ
ード光導波器には適用困難であるという欠点を有する。
これに対して、図7に示した構成は、シングルモードの
光導波路に対して適用するのに支障がないという利点を
有する。
【0049】図5に示すスターカプラと同様の構成を、
融着カプラを用いて構成することもできる。図8におい
て、51は1:1の分岐比を有する融着カプラ、52は
2:1の分岐比の融着カプラである。融着カプラとは、
2本の光ファイバのクラッドを溶融して接着し、各々の
光ファイバのコアを十分接近させたもので、方向性光結
合器として機能するものである。
融着カプラを用いて構成することもできる。図8におい
て、51は1:1の分岐比を有する融着カプラ、52は
2:1の分岐比の融着カプラである。融着カプラとは、
2本の光ファイバのクラッドを溶融して接着し、各々の
光ファイバのコアを十分接近させたもので、方向性光結
合器として機能するものである。
【0050】なお、方向性結合器として機能する融着カ
プラ52の分岐比は、図9に示すように定義する。2本
の光ファイバもしくは光導波路(以下単に光路と言う)
の内、1本の光路の一端より入射した光をI0 ,その光
路のもう一端から出射した光をI1 ,それ以外の光路へ
出射した光をI2 とすると、分岐比はI1 :I2 で表
す。したがって、分岐比2:1ということは、I1 =
(2/3)I0 ,I2 =(1/3)I0 ということにな
る。
プラ52の分岐比は、図9に示すように定義する。2本
の光ファイバもしくは光導波路(以下単に光路と言う)
の内、1本の光路の一端より入射した光をI0 ,その光
路のもう一端から出射した光をI1 ,それ以外の光路へ
出射した光をI2 とすると、分岐比はI1 :I2 で表
す。したがって、分岐比2:1ということは、I1 =
(2/3)I0 ,I2 =(1/3)I0 ということにな
る。
【0051】更に多端子の、同様の機能を有するスター
カプラを構成することもできる。図10に示すように、
図4に示した構成の6端子のスターカプラ61の各端子
X1,X2,X3,X4,X5,X6 に、分岐比10:1の光分岐
路62と分岐比1:1の光分岐路60とを三角形状に接
続したものを接続した構成である。この構成により、対
角成分は全て1/11となるような伝達特性行列を有す
る12端子スターカプラが構成できる。同様な手法を繰
り返して用い、24端子、48端子等更に多端子化でき
ることはいうまでもない。
カプラを構成することもできる。図10に示すように、
図4に示した構成の6端子のスターカプラ61の各端子
X1,X2,X3,X4,X5,X6 に、分岐比10:1の光分岐
路62と分岐比1:1の光分岐路60とを三角形状に接
続したものを接続した構成である。この構成により、対
角成分は全て1/11となるような伝達特性行列を有す
る12端子スターカプラが構成できる。同様な手法を繰
り返して用い、24端子、48端子等更に多端子化でき
ることはいうまでもない。
【0052】図11は、前記の6端子スターカプラを用
いて構成した光通信ネットワークの実施例を示す図であ
る。スターカプラ71の六つの端子のうちの四つの端子
にノード72を接続し、残りの二つの端子を使用してス
ターカプラ71同志を接続する。この場合、各スターカ
プラ71は中継増幅器73を介して接続されている。中
継増幅器73は、双方向性の光増幅器、たとえば、希土
類ドープファイバ増幅器或いは半導体レーザ増幅器が適
するが、通常の再生中継増幅であっても構わない。な
お、希土類ドープファイバ増幅器については、堀口「光
ファイバ増幅器」,光学,第19巻第5号(1990年
5月),p276〜282参照。また、半導体レーザ増
幅器については、島田,中川「光通信システムに用いる
半導体レーザー増幅器の研究状況」,O plus
E,1989年8月,p106〜111参照。
いて構成した光通信ネットワークの実施例を示す図であ
る。スターカプラ71の六つの端子のうちの四つの端子
にノード72を接続し、残りの二つの端子を使用してス
ターカプラ71同志を接続する。この場合、各スターカ
プラ71は中継増幅器73を介して接続されている。中
継増幅器73は、双方向性の光増幅器、たとえば、希土
類ドープファイバ増幅器或いは半導体レーザ増幅器が適
するが、通常の再生中継増幅であっても構わない。な
お、希土類ドープファイバ増幅器については、堀口「光
ファイバ増幅器」,光学,第19巻第5号(1990年
5月),p276〜282参照。また、半導体レーザ増
幅器については、島田,中川「光通信システムに用いる
半導体レーザー増幅器の研究状況」,O plus
E,1989年8月,p106〜111参照。
【0053】図11の構成において、中継増幅器73と
して希土類ドープファイバ増幅器を用いた場合は、ポン
プ光源がダウンしたような場合においても、信号光は僅
かながらも伝えられるので、1個の増幅器の故障がネッ
トワーク全体のダウンに繋がらないように設計すること
も可能であり、高い信頼性が得られる。
して希土類ドープファイバ増幅器を用いた場合は、ポン
プ光源がダウンしたような場合においても、信号光は僅
かながらも伝えられるので、1個の増幅器の故障がネッ
トワーク全体のダウンに繋がらないように設計すること
も可能であり、高い信頼性が得られる。
【0054】再生中継増幅器を使用する場合には、図1
2に示すように2系統の増幅器を用意しなくてはならな
い。すなわち、光分波/合波器80、受光器81、発光
源82、増幅器83を二つずつ配設して、双方向の増幅
を行う必要がある。この再生中継増幅器の場合は、単な
る増幅のみならず、いわゆる2R(Reshaping, Retimin
g)や3R(Reshaping, Retiming, Regenerating)機能を
持たせることができる。図12の端子84及び85は、
各々別のスターカプラの1端子に接続される。
2に示すように2系統の増幅器を用意しなくてはならな
い。すなわち、光分波/合波器80、受光器81、発光
源82、増幅器83を二つずつ配設して、双方向の増幅
を行う必要がある。この再生中継増幅器の場合は、単な
る増幅のみならず、いわゆる2R(Reshaping, Retimin
g)や3R(Reshaping, Retiming, Regenerating)機能を
持たせることができる。図12の端子84及び85は、
各々別のスターカプラの1端子に接続される。
【0055】図11に示す光通信ネットワークの各ノー
ド71には、図13に示すようにフォトダイオード等の
受光器81とレーザダイオード等の発光源82を一つず
つ配設し、光分波/合波器80によって分波及び合波を
行う。光分波/合波器80から導出された端子87は、
図11に示されるスターカプラ71の1端子に接続され
る。なお、86はワークステーション等の端末装置であ
る。
ド71には、図13に示すようにフォトダイオード等の
受光器81とレーザダイオード等の発光源82を一つず
つ配設し、光分波/合波器80によって分波及び合波を
行う。光分波/合波器80から導出された端子87は、
図11に示されるスターカプラ71の1端子に接続され
る。なお、86はワークステーション等の端末装置であ
る。
【0056】本発明の実施例に示したスターカプラは、
伝達行列の非対角成分が等しくなるように設定してあ
る。これは、ネットワークの拡張に際して、スターカプ
ラのどの端子からも中継増幅器を介して新たなスターカ
プラを接続できるようにするためである。すなわち、伝
達行列の非対角成分を等しくすることにより、中継増幅
器に必要とされる利得は略等しくなり、同じ端子数の規
格化されたスターカプラと同じ利得の中継増幅器の組み
合わせによって通信ネットワークを構築できる。
伝達行列の非対角成分が等しくなるように設定してあ
る。これは、ネットワークの拡張に際して、スターカプ
ラのどの端子からも中継増幅器を介して新たなスターカ
プラを接続できるようにするためである。すなわち、伝
達行列の非対角成分を等しくすることにより、中継増幅
器に必要とされる利得は略等しくなり、同じ端子数の規
格化されたスターカプラと同じ利得の中継増幅器の組み
合わせによって通信ネットワークを構築できる。
【0057】また、スターカプラは、ポリカーボーネー
ト基板、ガラス基板上のみならず、サファイヤやニオブ
酸リチウム単結晶の誘電体、或いは、GaAs,In
P,Si等の半導体上にも同様な手法で構築し得る。こ
れにより前記のような特性のスターカプラを、光集積回
路として実現することができる。これは、図2、図4、
図5及び図10に示したような回路構成が、いずれも平
面的であり、光導波路が交差していないからである。
ト基板、ガラス基板上のみならず、サファイヤやニオブ
酸リチウム単結晶の誘電体、或いは、GaAs,In
P,Si等の半導体上にも同様な手法で構築し得る。こ
れにより前記のような特性のスターカプラを、光集積回
路として実現することができる。これは、図2、図4、
図5及び図10に示したような回路構成が、いずれも平
面的であり、光導波路が交差していないからである。
【0058】上述の実施例においては、3端子,6端子
及び12端子のスターカプラを例に挙げて説明している
が、本発明は、任意の端子数のスターカプラに適用可能
である。
及び12端子のスターカプラを例に挙げて説明している
が、本発明は、任意の端子数のスターカプラに適用可能
である。
【0059】以下、任意の端子数の相互接続可能なスタ
ーカプラを実現するための実施例について説明する。
ーカプラを実現するための実施例について説明する。
【0060】図14は、任意の端子数の相互接続可能な
スターカプラを実現するための構成要素として使用され
るスターカプラを示しており、1個の光等分岐路102
と概ね分配比の等しい2個の光不等分岐路101とを三
角形状に接続した構成を有している。
スターカプラを実現するための構成要素として使用され
るスターカプラを示しており、1個の光等分岐路102
と概ね分配比の等しい2個の光不等分岐路101とを三
角形状に接続した構成を有している。
【0061】光不等分岐路101の構造を図15(a)
に示す。同図において端子101aから入射した光信号
Sは、端子101cにはαS、端子101bにはβSと
なるように分配される。損失がないと仮定すれば、α+
β=1である。また、α>βであるとする。また、端子
101bから入射した光信号は端子101aにのみ分配
され、端子101cから入射した光信号は端子101a
にのみ分配される。図14において、2個の光不等分岐
路101の端子101b同志が互いに接続され、端子1
01cは光等分岐路102の端子102bに接続されて
いる。
に示す。同図において端子101aから入射した光信号
Sは、端子101cにはαS、端子101bにはβSと
なるように分配される。損失がないと仮定すれば、α+
β=1である。また、α>βであるとする。また、端子
101bから入射した光信号は端子101aにのみ分配
され、端子101cから入射した光信号は端子101a
にのみ分配される。図14において、2個の光不等分岐
路101の端子101b同志が互いに接続され、端子1
01cは光等分岐路102の端子102bに接続されて
いる。
【0062】図14に示すスターカプラによれば、一方
の端子101aへ入射した光信号は、もう一方の端子1
01aへ分配されるより、端子102aに多く分配され
る。また、端子102aへ入射した光信号はふたつの端
子101aに等分配される。
の端子101aへ入射した光信号は、もう一方の端子1
01aへ分配されるより、端子102aに多く分配され
る。また、端子102aへ入射した光信号はふたつの端
子101aに等分配される。
【0063】光等分岐路102の構造を図15(b)に
示す。端子102aから入射した光信号Sは、双方の端
子102bにS/2づつ分配される。
示す。端子102aから入射した光信号Sは、双方の端
子102bにS/2づつ分配される。
【0064】図16(a)は、上述の光不等分岐路10
1と光等分岐路102を組み合わせて構成した3端子ス
ターカプラの概略構成を示し、同図(b)は光等分岐路
102を3個三角形状に接続して構成した3端子スター
カプラの概略構成を示している。
1と光等分岐路102を組み合わせて構成した3端子ス
ターカプラの概略構成を示し、同図(b)は光等分岐路
102を3個三角形状に接続して構成した3端子スター
カプラの概略構成を示している。
【0065】また、図17(a)〜(f)は、図16
(a)に示す3端子スターカプラ103のみを組み合わ
せて、或いは、3端子スターカプラ103と図16
(b)に示す3端子スターカプラ104とを組み合わせ
て構成した4端子から9端子までの相互接続可能なスタ
ーカプラの概略構成を示し、図18(a)〜(c)は同
じく10端子から12端子までの相互接続可能なスター
カプラの概略構成を示している。ただし、各光不等分岐
路101の分配比α:βは必ずしも同じはない。この分
配比については後述する。なお、図16〜図18におい
て、黒丸が光不等分岐路101を示し、白抜きの丸が光
不等分岐路102を示す。
(a)に示す3端子スターカプラ103のみを組み合わ
せて、或いは、3端子スターカプラ103と図16
(b)に示す3端子スターカプラ104とを組み合わせ
て構成した4端子から9端子までの相互接続可能なスタ
ーカプラの概略構成を示し、図18(a)〜(c)は同
じく10端子から12端子までの相互接続可能なスター
カプラの概略構成を示している。ただし、各光不等分岐
路101の分配比α:βは必ずしも同じはない。この分
配比については後述する。なお、図16〜図18におい
て、黒丸が光不等分岐路101を示し、白抜きの丸が光
不等分岐路102を示す。
【0066】上述の各スターカプラは、適当な基板上に
形成した光導波路を用いて光集積回路として実現するこ
とができる。
形成した光導波路を用いて光集積回路として実現するこ
とができる。
【0067】図19は、光集積回路として構成された3
端子のスターカプラの例を示している。基板105上に
形成した光導波路107a〜107cは、それぞれ曲率
Rの円108a〜108cの円弧と等しい形状をしてい
る。光導波路107a〜107cの端部には、光ファイ
バ106が接続される。図19に示すスターカプラは、
これらの円弧光導波路107a〜107cの外接点に光
不等分岐路101ないし、光等分岐路102を配設した
構成となっている。なお、図19の構成は図16(a)
に示すスターカプラ103に対応している。
端子のスターカプラの例を示している。基板105上に
形成した光導波路107a〜107cは、それぞれ曲率
Rの円108a〜108cの円弧と等しい形状をしてい
る。光導波路107a〜107cの端部には、光ファイ
バ106が接続される。図19に示すスターカプラは、
これらの円弧光導波路107a〜107cの外接点に光
不等分岐路101ないし、光等分岐路102を配設した
構成となっている。なお、図19の構成は図16(a)
に示すスターカプラ103に対応している。
【0068】図19に示すスターカプラによれば、光集
積回路基板に必要な基板の面積を減少させることができ
る。光ファイバーや光導波路は、ある一定の放射損失を
仮定した時に曲げることの可能な最小半径が決まってい
る。光導波路をこの最小半径より、小さな曲率半径で曲
げないという条件の下で、図14に示すスターカプラの
構成を実現すると図19のようになる。
積回路基板に必要な基板の面積を減少させることができ
る。光ファイバーや光導波路は、ある一定の放射損失を
仮定した時に曲げることの可能な最小半径が決まってい
る。光導波路をこの最小半径より、小さな曲率半径で曲
げないという条件の下で、図14に示すスターカプラの
構成を実現すると図19のようになる。
【0069】ガラスないしプラスチック基板上に形成し
た光導波路を用いて光集積回路として相互接続可能なス
ターカプラを実現した場合は、フォトリソグラフィーを
用いた一括製造が可能であり、生産が容易になるという
利点がある。また、この場合において、光導波路を円弧
状としてその外接点に光分岐路を配設すると、一定の放
射損失の仮定の下で光集積回路に必要な基板の面積を小
さくすることができる。したがって、光導波路の製造が
容易になり、コストが安くて済むという利点がある。
た光導波路を用いて光集積回路として相互接続可能なス
ターカプラを実現した場合は、フォトリソグラフィーを
用いた一括製造が可能であり、生産が容易になるという
利点がある。また、この場合において、光導波路を円弧
状としてその外接点に光分岐路を配設すると、一定の放
射損失の仮定の下で光集積回路に必要な基板の面積を小
さくすることができる。したがって、光導波路の製造が
容易になり、コストが安くて済むという利点がある。
【0070】図20は、光集積回路として構成された4
端子のスターカプラの例を示している。これは図17
(a)の構成に対応している。光不等分岐路101及び
光等分岐路102は、具体的にはそれぞれ図21及び図
22に示すような構造をしている。図21(a)は、光
不等分岐路101を、幅の異なる光導波路111b(端
子101bに対応),111c(端子101cに対応)
の分岐によって実現したもので、主にマルチモードの光
導波を用いて光不等分岐路101を構成するのに適して
いる。なお、111aは端子101aに対応する光導波
路である。
端子のスターカプラの例を示している。これは図17
(a)の構成に対応している。光不等分岐路101及び
光等分岐路102は、具体的にはそれぞれ図21及び図
22に示すような構造をしている。図21(a)は、光
不等分岐路101を、幅の異なる光導波路111b(端
子101bに対応),111c(端子101cに対応)
の分岐によって実現したもので、主にマルチモードの光
導波を用いて光不等分岐路101を構成するのに適して
いる。なお、111aは端子101aに対応する光導波
路である。
【0071】また、図21(b)は、光不等分岐路10
1を方向性結合器によって実現したもので、主にシング
ルモードの光導波を用いて光不等分岐路を構成するのに
適している。なお、光不等分岐路を方向性結合器によっ
て構成した場合には、光信号が分岐する時は問題ない
が、光導波路111b、111c側から光信号が光導波
路111a側へ合流する時、図21(a)の構成にはな
い損失が生じる。これは、例えば、図21(b)の光導
波路111c側から光信号108が光不等分岐路101
に入射した時に、光信号108の一部108bが光導波
路111b側へ分配されてしまい、この分配された光信
号は光導波路111cから基板中に損失成分109とし
て放射されてしまうためである。
1を方向性結合器によって実現したもので、主にシング
ルモードの光導波を用いて光不等分岐路を構成するのに
適している。なお、光不等分岐路を方向性結合器によっ
て構成した場合には、光信号が分岐する時は問題ない
が、光導波路111b、111c側から光信号が光導波
路111a側へ合流する時、図21(a)の構成にはな
い損失が生じる。これは、例えば、図21(b)の光導
波路111c側から光信号108が光不等分岐路101
に入射した時に、光信号108の一部108bが光導波
路111b側へ分配されてしまい、この分配された光信
号は光導波路111cから基板中に損失成分109とし
て放射されてしまうためである。
【0072】また、図22は光等分岐路102の構造を
示しており、光導波路112a(端子102aに対応)
からの光信号は同じ幅の二つの光導波路112b(端子
102bに対応)に等分される。
示しており、光導波路112a(端子102aに対応)
からの光信号は同じ幅の二つの光導波路112b(端子
102bに対応)に等分される。
【0073】図23は5端子の相互接続可能なスターカ
プラの平面図である。これは図17(b)の構成に対応
している。
プラの平面図である。これは図17(b)の構成に対応
している。
【0074】以下、図24(図17(c)に対応)は6
端子の、図25(図17(d)に対応)は7端子の、図
26(図17(e)に対応)は8端子の、図27(図1
8(c)に対応)は12端子の相互接続可能なスターカ
プラの平面図である。図23の5端子スターカプラは上
下対称、図24の6端子スターカプラは左右対象、図2
6の8端子スターカプラは上下左右対象、図27の12
端子スターカプラは左右対象である。なお、図24の6
端子スターカプラにおいては2本の光ファイバ106の
み図示して他の4本は省略し、図27の12端子スター
カプラにおいては4本の光ファイバ106のみ図示して
他の8本は省略している。
端子の、図25(図17(d)に対応)は7端子の、図
26(図17(e)に対応)は8端子の、図27(図1
8(c)に対応)は12端子の相互接続可能なスターカ
プラの平面図である。図23の5端子スターカプラは上
下対称、図24の6端子スターカプラは左右対象、図2
6の8端子スターカプラは上下左右対象、図27の12
端子スターカプラは左右対象である。なお、図24の6
端子スターカプラにおいては2本の光ファイバ106の
み図示して他の4本は省略し、図27の12端子スター
カプラにおいては4本の光ファイバ106のみ図示して
他の8本は省略している。
【0075】先に述べたように、上記のような構造は具
体的には、ガラス基板へのタリウム(Tl)イオン等の
拡散により光導波路を形成する方法、あるいは、ポリカ
ーボネートに紫外線を照射して選択的に重合させて屈折
率分布を作って光導波路を形成する方法等によって作る
ことができる。
体的には、ガラス基板へのタリウム(Tl)イオン等の
拡散により光導波路を形成する方法、あるいは、ポリカ
ーボネートに紫外線を照射して選択的に重合させて屈折
率分布を作って光導波路を形成する方法等によって作る
ことができる。
【0076】次に、以上示した構造のスターカプラの分
配比の設計について述べる。
配比の設計について述べる。
【0077】いま、図17(a)に示す4端子のスター
カプラにおいて、これを構成するふたつの3端子スター
カプラ103の分配比は共に等しくK1 であるとする。
ただし、K1 は前述のα及びβ(図15参照)に対して
K1 =α/βとする。この関係を図示すると図28
(a)のようになる。なお図28において、黒丸が光不
等分岐路101を示し、白抜きの丸が光不等分岐路10
2を示す。同図の各端子Q1 〜Q4 への入力信号を、そ
れぞれv1 〜v4 とする。また、Q1〜Q4 からの出力
信号をそれぞれw1 〜w4 とする。この時、K1 =2と
すると、v1 〜v4 及びw1 〜w4 の間には次式のよう
な関係が成り立つ。
カプラにおいて、これを構成するふたつの3端子スター
カプラ103の分配比は共に等しくK1 であるとする。
ただし、K1 は前述のα及びβ(図15参照)に対して
K1 =α/βとする。この関係を図示すると図28
(a)のようになる。なお図28において、黒丸が光不
等分岐路101を示し、白抜きの丸が光不等分岐路10
2を示す。同図の各端子Q1 〜Q4 への入力信号を、そ
れぞれv1 〜v4 とする。また、Q1〜Q4 からの出力
信号をそれぞれw1 〜w4 とする。この時、K1 =2と
すると、v1 〜v4 及びw1 〜w4 の間には次式のよう
な関係が成り立つ。
【0078】
【数7】
【0079】図17(b)に示す5端子のスターカプラ
の構成の時には、図28(b)に示すようにして、スタ
ーカプラ103b,103cの分配比をそれぞれK2 =
3、K3 =2とすると、次式のような関係が成り立つ。
の構成の時には、図28(b)に示すようにして、スタ
ーカプラ103b,103cの分配比をそれぞれK2 =
3、K3 =2とすると、次式のような関係が成り立つ。
【0080】
【数8】
【0081】ただし、図28(b)の各端子P0a〜P4a
への入力信号を、それぞれv0 〜v4 とする。また、P
0a〜P4aからの出力信号を、それぞれw0 〜w4 とす
る。
への入力信号を、それぞれv0 〜v4 とする。また、P
0a〜P4aからの出力信号を、それぞれw0 〜w4 とす
る。
【0082】以上のように、スターカプラ103の分配
比を適当に設計することにより、伝達行列の対角成分は
全てゼロで、非対角成分は全て等しい値の多端子スター
カプラを作ることができる。このような多端子スターカ
プラは光通信ネットワークを構成するのに適しているこ
とは、先に述べた通りである。なお、以上の実施例で
は、光不等分岐路101の構造としては、図21(a)
に示す構成のものを用いている。また、光導波路の吸収
損失や光導波路の曲りによる放射損失等は無視して設計
している。
比を適当に設計することにより、伝達行列の対角成分は
全てゼロで、非対角成分は全て等しい値の多端子スター
カプラを作ることができる。このような多端子スターカ
プラは光通信ネットワークを構成するのに適しているこ
とは、先に述べた通りである。なお、以上の実施例で
は、光不等分岐路101の構造としては、図21(a)
に示す構成のものを用いている。また、光導波路の吸収
損失や光導波路の曲りによる放射損失等は無視して設計
している。
【0083】更に、スターカプラ103の分配比を変更
することにより、以下に示すように、多端子スターカプ
ラの伝達行列を異なるものに変えることもできる。
することにより、以下に示すように、多端子スターカプ
ラの伝達行列を異なるものに変えることもできる。
【0084】図28(c)に示すように、スターカプラ
103d,103eの分配比をそれぞれK4 =14、K
5 =6とすると、次式のような関係が成り立つ。
103d,103eの分配比をそれぞれK4 =14、K
5 =6とすると、次式のような関係が成り立つ。
【0085】
【数9】
【0086】このようなスターカプラは図29に示すよ
うな使い方をする。すなわち、4個の5端子スターカプ
ラ114の端子P0 をスターカプラ113の端子と接続
して、全体として16端子の相互接続可能なスターカプ
ラと等価の働きをさせる。図29において4端子スター
カプラ113は、図28(a)に示すように分配比を設
計したスターカプラである。4端子スターカプラ113
の各端子Q1 〜Q4 は図28(a)の各端子Q1 〜Q4
とそれぞれ対応している。5端子スターカプラ114
は、図28(c)に示すように分配比を設計してあり、
5端子スターカプラ114の各端子P0 〜P4 は図28
(c)のP0 〜P4 にそれぞれ対応している。
うな使い方をする。すなわち、4個の5端子スターカプ
ラ114の端子P0 をスターカプラ113の端子と接続
して、全体として16端子の相互接続可能なスターカプ
ラと等価の働きをさせる。図29において4端子スター
カプラ113は、図28(a)に示すように分配比を設
計したスターカプラである。4端子スターカプラ113
の各端子Q1 〜Q4 は図28(a)の各端子Q1 〜Q4
とそれぞれ対応している。5端子スターカプラ114
は、図28(c)に示すように分配比を設計してあり、
5端子スターカプラ114の各端子P0 〜P4 は図28
(c)のP0 〜P4 にそれぞれ対応している。
【0087】このようにすると、図29に示すネットワ
ークは、16端子の伝達行列の対角成分が全てゼロで、
非対角成分の値は全て等しいスターカプラと等価であ
る。実際のネットワーク構成においては、ネットワーク
の骨格部分をスターカプラ113を中継増幅器を介して
接続して構成し、末端のノードへの光信号の分配はスタ
ーカプラ14を介して行うようにすると実用的である。
このような構成のほうが中心に多端子(例えば16端
子)のスターカプラを配置して構成したネットワークよ
り、光ファイバーケーブルの敷設量が少なくて済むから
である。
ークは、16端子の伝達行列の対角成分が全てゼロで、
非対角成分の値は全て等しいスターカプラと等価であ
る。実際のネットワーク構成においては、ネットワーク
の骨格部分をスターカプラ113を中継増幅器を介して
接続して構成し、末端のノードへの光信号の分配はスタ
ーカプラ14を介して行うようにすると実用的である。
このような構成のほうが中心に多端子(例えば16端
子)のスターカプラを配置して構成したネットワークよ
り、光ファイバーケーブルの敷設量が少なくて済むから
である。
【0088】以上の実施例の考え方を応用して上記の端
子数以外の端子数の相互接続可能なスターカプラを実現
できる。したがって、そのような相互接続可能なスター
カプラは全て本発明の範囲に含まれることは言うまでも
ない。
子数以外の端子数の相互接続可能なスターカプラを実現
できる。したがって、そのような相互接続可能なスター
カプラは全て本発明の範囲に含まれることは言うまでも
ない。
【0089】なお、本明細書でいう方向性光結合器とは
光の分波,合波を行う受動素子を意味し、光分岐路や光
分波/合波器は、この方向性光結合器の一種である。
光の分波,合波を行う受動素子を意味し、光分岐路や光
分波/合波器は、この方向性光結合器の一種である。
【0090】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
一つの端子によってノードを接続でき、しかも、スター
カプラー同志を接続することによって容易にネットワー
クの拡張を行うことができる。また、双方向通信の機能
を実現することができ、衝突検出も行うことができる。
また、ノードとスターカプラーの接続及びスターカプラ
ー同志の接続は、一つの端子によってできるので、ネッ
トワーク構築のために必要な光ファイバ,コネクタ,中
継増幅器の数を略半減することができる。更に、スター
カプラーの伝達行列の非対角成分を等しく設計すること
により、中継増幅器の利得を同じものとすることができ
る。また更に、本発明によれば、光導波路を交差させる
ことなく所望の特性を有するスターカプラーを構成する
ことができるので、光集積回路でスターカプラーを容易
に製造できる。また更に、本発明によれば、2分岐の方
向性結合器のみを使用して所望の特性を有するスターカ
プラーを構成できるので、光集積化し易くまたシングル
モードに対応できる。また更に、2分岐の方向性結合器
だけを組み合わせて任意の端子数のスターカプラーを実
現することができる。
一つの端子によってノードを接続でき、しかも、スター
カプラー同志を接続することによって容易にネットワー
クの拡張を行うことができる。また、双方向通信の機能
を実現することができ、衝突検出も行うことができる。
また、ノードとスターカプラーの接続及びスターカプラ
ー同志の接続は、一つの端子によってできるので、ネッ
トワーク構築のために必要な光ファイバ,コネクタ,中
継増幅器の数を略半減することができる。更に、スター
カプラーの伝達行列の非対角成分を等しく設計すること
により、中継増幅器の利得を同じものとすることができ
る。また更に、本発明によれば、光導波路を交差させる
ことなく所望の特性を有するスターカプラーを構成する
ことができるので、光集積回路でスターカプラーを容易
に製造できる。また更に、本発明によれば、2分岐の方
向性結合器のみを使用して所望の特性を有するスターカ
プラーを構成できるので、光集積化し易くまたシングル
モードに対応できる。また更に、2分岐の方向性結合器
だけを組み合わせて任意の端子数のスターカプラーを実
現することができる。
【0091】更に本発明によれば、任意の端子数の相互
接続可能なスターカプラを実現でき、また、伝達行列の
非対角成分の値をある程度自由に変えることができる。
接続可能なスターカプラを実現でき、また、伝達行列の
非対角成分の値をある程度自由に変えることができる。
【図1】 本発明によるスターカプラの概念図である。
【図2】 本発明の実施例である3端子スターカプラの
概略図である。
概略図である。
【図3】 図2に示すスターカプラにおいて使用される
光分波/合波器の平面図である。
光分波/合波器の平面図である。
【図4】 本発明の実施例である6端子スターカプラの
概略図である。
概略図である。
【図5】 図4に示すスターカプラを基板上に光集積回
路として実現した場合の平面図である。
路として実現した場合の平面図である。
【図6】 図5に示すスターカプラにおいて使用される
光分岐路の平面図である。
光分岐路の平面図である。
【図7】 図5に示すスターカプラにおいて使用される
光導波路による方向性結合器を示す平面図である。
光導波路による方向性結合器を示す平面図である。
【図8】 融着カプラによって構成された本発明に係る
6端子スターカプラの概略図である。
6端子スターカプラの概略図である。
【図9】 融着カプラにおける分配比を説明するための
図である。
図である。
【図10】 6端子スターカプラを12端子スターカプ
ラに拡張する接続法を示す図である。
ラに拡張する接続法を示す図である。
【図11】 本発明のスターカプラを多重接続して構成
した光通信ネットワークを示す図である。
した光通信ネットワークを示す図である。
【図12】 図11に示す光通信ネットワークにおいて
使用される双方向型の再生中継増幅器の内部構造を示す
図である。
使用される双方向型の再生中継増幅器の内部構造を示す
図である。
【図13】 ノード内の構造を示す図である。
【図14】 任意数の端子数のスターカプラを構成する
ための構成要素としての3端子スターカプラの概略の構
成を示す図である。
ための構成要素としての3端子スターカプラの概略の構
成を示す図である。
【図15】 図14に示す3端子スターカプラを構成す
る光不等分岐路及び光等分岐路の概略の構成を示す図で
ある。
る光不等分岐路及び光等分岐路の概略の構成を示す図で
ある。
【図16】 図15に示す構成要素を用いて構成した3
端子のスターカプラの概略の構成を示す図である。
端子のスターカプラの概略の構成を示す図である。
【図17】 図16に示す構成要素を用いて構成した4
端子から9端子までの相互接続可能なスターカプラの概
略の構成を示す図である。
端子から9端子までの相互接続可能なスターカプラの概
略の構成を示す図である。
【図18】 図16に示す構成要素を用いて構成した1
0端子から12端子までの相互接続可能なスターカプラ
の概略の構成を示す図である。
0端子から12端子までの相互接続可能なスターカプラ
の概略の構成を示す図である。
【図19】 図14に示されるの構成を集積回路として
実現した場合の概略の構成を示す平面図である。
実現した場合の概略の構成を示す平面図である。
【図20】 4端子の相互接続可能なスターカプラを集
積回路として実現した場合の平面図である。
積回路として実現した場合の平面図である。
【図21】 光不等分岐路を光導波路を用いて構成した
場合を示す平面図である。
場合を示す平面図である。
【図22】 光等分岐路を光導波路を用いて構成した場
合を示す平面図である。
合を示す平面図である。
【図23】 5端子の相互接続可能なスターカプラを集
積回路として実現した場合の平面図である。
積回路として実現した場合の平面図である。
【図24】 6端子の相互接続可能なスターカプラを集
積回路として実現した場合の平面図である。
積回路として実現した場合の平面図である。
【図25】 7端子の相互接続可能なスターカプラを集
積回路として実現した場合の平面図である。
積回路として実現した場合の平面図である。
【図26】 8端子の相互接続可能なスターカプラを集
積回路として実現した場合の平面図である。
積回路として実現した場合の平面図である。
【図27】 12端子の相互接続可能なスターカプラを
集積回路として実現した場合の平面図である。
集積回路として実現した場合の平面図である。
【図28】 多端子の相互接続可能なスターカプラの内
部の分配比の配分を示す図である。
部の分配比の配分を示す図である。
【図29】 4端子の相互接続可能なスターカプラの各
端子に図28(c)の内部分配比に基づくスターカプラ
の端子を接続したネットワークを示す図である。
端子に図28(c)の内部分配比に基づくスターカプラ
の端子を接続したネットワークを示す図である。
【図30】 イーサネットのネットワークを示す図であ
る。
る。
【図31】 ミキシングロッドを用いたスターカプラに
よるネットワークを示す図である。
よるネットワークを示す図である。
【図32】 ガラス基板上に実現されたスターカプラを
示す平面図である。
示す平面図である。
【図33】 二つのスターカプラを接続した図である。
【図34】 二つのスターカプラを接続した場合の信号
の循環を説明するための図である。
の循環を説明するための図である。
1 スターカプラ、2 光分波/合波器、2a,2b,
2c 導波路、3,4光分波/合波器、5〜16 端
子、20 同軸ケーブル、21 タップ、22ノード、
22a 発光素子、22b 受光素子、23,23a,
23b 光ファイバ、24 スターカプラ、25 端
子、26 ミキシング部、27 導波路、28 ガラス
基板、31 ポリカーボネート基板、32 光導波路、
33 光分波/合波器、33a,33b 光導波路、3
4 光分岐路、35 光導波路、36〜38 光成分、
39 光ファイバ、40〜44 光成分、45 損失光
成分、51 融着カプラ、52 融着カプラ、60 光
分岐路、61 スターカプラ、62 光分岐路、71
スターカプラ、72 ノード、73 中継増幅器、80
光分岐路、81 受光器、82 発光源、83 増幅
器、84,85 端子、86 端末装置、87 端子、
101 光不等分岐路、101a〜101c光不等分岐
路の各端子、102 光等分岐路、102a〜102c
光等分岐路の各端子、103,103a〜103e,
104 3端子スターカプラ、105 基板、106
光ファイバ、107 光導波路、108 光信号、10
8a,108b 光信号、109 損失成分、111
光不等分岐路、111a〜111c 光導波路、11
2,112a 光導波路、113 4端子の相互接続可
能なスターカプラ、114 5端子の相互接続可能なス
ターカプラ、R,R1 ,R2 光導波路の曲率半径、S
光信号
2c 導波路、3,4光分波/合波器、5〜16 端
子、20 同軸ケーブル、21 タップ、22ノード、
22a 発光素子、22b 受光素子、23,23a,
23b 光ファイバ、24 スターカプラ、25 端
子、26 ミキシング部、27 導波路、28 ガラス
基板、31 ポリカーボネート基板、32 光導波路、
33 光分波/合波器、33a,33b 光導波路、3
4 光分岐路、35 光導波路、36〜38 光成分、
39 光ファイバ、40〜44 光成分、45 損失光
成分、51 融着カプラ、52 融着カプラ、60 光
分岐路、61 スターカプラ、62 光分岐路、71
スターカプラ、72 ノード、73 中継増幅器、80
光分岐路、81 受光器、82 発光源、83 増幅
器、84,85 端子、86 端末装置、87 端子、
101 光不等分岐路、101a〜101c光不等分岐
路の各端子、102 光等分岐路、102a〜102c
光等分岐路の各端子、103,103a〜103e,
104 3端子スターカプラ、105 基板、106
光ファイバ、107 光導波路、108 光信号、10
8a,108b 光信号、109 損失成分、111
光不等分岐路、111a〜111c 光導波路、11
2,112a 光導波路、113 4端子の相互接続可
能なスターカプラ、114 5端子の相互接続可能なス
ターカプラ、R,R1 ,R2 光導波路の曲率半径、S
光信号
Claims (4)
- 【請求項1】 四つ以上の複数の端子を有し、光信号の
入出力が同一の端子から行われ、自端子への入力信号が
該自端子からの出力信号としては分配されず、且つ、前
記自端子以外の他の全ての端子には出力信号として分配
される伝達特性を有するスターカプラにおいて、 二つの不等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべく
それぞれ分岐した光導波路と一つの等分岐の方向性結合
器から光信号を分配すべく分岐した光導波路とを三角形
状に接続した構成要素を複数備え、該構成要素同士の接
続によって前記伝達特性を実現したことを特徴とするス
ターカプラ。 - 【請求項2】 四つ以上の複数の端子を有し、光信号の
入出力が同一の端子から行われ、自端子への入力信号が
該自端子からの出力信号としては分配されず、且つ、前
記自端子以外の他の全ての端子には出力信号として分配
される伝達特性を有するスターカプラにおいて、 二つの不等分岐の方向性結合器から光信号を分配すべく
それぞれ分岐した光導波路と一つの等分岐の方向性結合
器から光信号を分配すべく分岐した光導波路とを三角形
状に接続した第1の構成要素を複数備え、三つの等分岐
の方向性結合器から光信号を分配すべくそれぞれ分岐し
た光導波路を三角形状に接続した第2の構成要素を少な
くとも一つ備え、前記第1の構成と前記第2の構成要素
の接続によって前記伝達特性を実現したことを特徴とす
るスターカプラ。 - 【請求項3】 四つ以上の複数の端子を有し、光信号の
入出力が同一の端子から行われ、自端子への入力信号が
該自端子からの出力信号としては分配されず、且つ、前
記自端子以外の他の全ての端子には出力信号として分配
される伝達特性を有するスターカプラーを複数備えると
共に、 入力と出力を兼用する第1の端子と第2の端子とを備
え、前記第1の端子への入力光信号は増幅されて前記第
2の端子から出力され、前記第2の端子への入力光信号
は増幅されて前記第1の端子から出力される双方向性中
継増幅器を少なくとも一つ備え、 前記双方向性中継増幅器の第1の端子は第1の前記スタ
ーカプラーの一端子に接続され、前記双方向性中継増幅
器の第2の端子は第2の前記スターカプラーの一端子に
接続されたことを特徴とする光通信ネットワーク。 - 【請求項4】 請求項3記載の光通信ネットワークにお
いて、 前記双方向性中継増幅器は光増幅器であることを特徴と
する光通信ネットワー ク。
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Applications Claiming Priority (3)
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JPS62164303U (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-19 | ||
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-
1991
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